[发明专利]具有衬底电极的增强型的P型氮化镓器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有衬底电极的增强型的P型氮化镓器件，包括衬底和依次设置在衬底上的GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型氮化镓层以及介电层，P型氮化镓层上设有源电极和漏电极，AlGaN势垒层上设有衬底电极，P型氮化镓层上设有凹槽且凹槽的深度小于P型氮化镓层的厚度，凹槽上设有栅电极。凹槽的深度小于P型氮化镓层的厚度，提升了器件的饱和电流的数值，使得器件具有很大的迁移率和电流；衬底电极可以有效的耗尽p型氮化镓层中的空穴，从而使器件的阈值向负漂移，形成增强型器件(阈值电压小于0)。

技术领域

本发明涉及一种具有衬底电极的增强型的P型氮化镓器件及其制备方法，属于半导体技术领域。

背景技术

P型沟道GaN器件使用p-GaN中材料空穴导电，而不是GaN/AlGaN界面的二维空穴气(2DHG)作为沟道进行导电，这使得在同一外延片上实现CMOS电路成为了可能。由于p-GaN中材料中有空穴，在栅电极下存在沟道，基于p-GaN/AlGaN/GaN的器件具有耗尽型的特性，即栅电极偏压为零时，晶体管处于常开的状态。这使得器件作为功率器件有很大的隐患，形成增强型晶体管成为了研究的热点。目前，现有的增强型的P型沟道GaN器件使用栅凹槽结构或者n-GaN栅电极的结构等方式实现得到的。其中，栅凹槽虽然可以用简单的工艺就能实现且部分完成的刻蚀掉栅电极下的P型沟道GaN层可以有效的调控阈值的大小，但是，过多的刻蚀会导致饱和电流会降低，且造成界面损伤，使得电流密度下降。用于耗尽空穴的n-GaN栅的结构目前已经有了一些仿真的报告，但其实际工艺难度大，需要先在P型沟道GaN层上外延一层n-GaN层，然后刻蚀去除部分n-GaN层，包括栅电极和P型沟道GaN层之间的n-GaN层，操作繁琐且难度大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过增加与二维电子气(2DEG)相接的衬底电极以得到增强型的P型氮化镓器件。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有衬底电极的增强型的P型氮化镓器件，包括衬底和依次设置在所述衬底上的GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型氮化镓层以及介电层，所述P型氮化镓层上设有源电极和漏电极，所述AlGaN势垒层上设有衬底电极，所述P型氮化镓层上设有凹槽且所述凹槽的深度小于所述P型氮化镓层的厚度，所述凹槽上设有栅电极。

进一步地，所述凹槽的深度为30nm-85nm，保留的所述P型氮化镓层的厚度为15nm-40nm。

进一步地，所述衬底电极与所述AlGaN势垒层形成n型欧姆接触。

进一步地，所述源电极和所述漏电极分别设置在所述P型氮化镓层的两端，所述栅电极设置在所述源电极和所述漏电极之间，所述衬底电极设置在所述AlGaN势垒层的一端。

进一步地，所述栅电极和所述P型氮化镓层之间设置有介电层；所述衬底电极和所述P型氮化镓层相离设置，且所述衬底电极和所述P型氮化镓层之间设置有介电层。

进一步地，所述介电层为Al₂O₃或ZrO₂或HfO₂或SiN_x或SiO₂或SiON或AlN层。

进一步地，所述源电极和所述漏电极材料为镍或镍和钛、铝、镍、金、氮化钛、铂、钨、硅、硒中的一种或多种的组合。

进一步地，所述衬底电极的材料为钛、铝或钛铝和镍、金、氮化钛、铂、钨、硅、硒的一种或者多种的组合。

本发明还提供一种用以制备如上所述的具有衬底电极的增强型的P型氮化镓器件的制备方法，包括以下步骤：

S1、在衬底上依次生长GaN沟道层、AlGaN势垒层和P型氮化镓层；

S2、刻蚀部分所述P型氮化镓层；